一、 柴發(fā)機(jī)房的選址與地基設(shè)計

1、機(jī)房選址

      柴油發(fā)電機(jī)是市電的應(yīng)急備用電源，所以柴油發(fā)電機(jī)的機(jī)房應(yīng)盡量遠(yuǎn)離市電系統(tǒng)配電設(shè)備，以免主、備用供電設(shè)備同時受損，失去配置柴油發(fā)電機(jī)的意義。普通機(jī)房布置如圖1所示。

2、地基設(shè)計

       柴油發(fā)電機(jī)的地基設(shè)計主要考慮安裝位置及用戶的減振要求。機(jī)組底座的一級減振效率為60%~80%，一二級組合減振效率大于95%，滿足一般用戶的減振要求。因此，就一般用戶而言，機(jī)房地基可采用加強(qiáng)混凝土設(shè)計，但應(yīng)能承載至少兩倍機(jī)組的重量。柴油發(fā)電機(jī)地基應(yīng)至少高出地面150mm，四周應(yīng)比機(jī)組外圍至少超出150mm。如果用戶是醫(yī)院且柴油發(fā)電機(jī)與手術(shù)室同在一棟建筑內(nèi)，則（可參考圖2）采用173kPa加強(qiáng)混凝土地基，確保地基承載5~10倍（至少2倍）機(jī)組重量的同時，按圖中要求做進(jìn)一步減振及隔振設(shè)計。

圖1  柴油發(fā)電機(jī)房普通布置安裝三維圖

圖2  發(fā)電機(jī)房地基設(shè)計圖

二 、柴發(fā)機(jī)房的冷卻系統(tǒng)設(shè)計

       柴油發(fā)電機(jī)的冷卻系統(tǒng)與其進(jìn)排風(fēng)系統(tǒng)密切關(guān)聯(lián)，并共同影響排煙系統(tǒng)設(shè)計，因此柴發(fā)機(jī)房位置確定后，應(yīng)首先平衡考慮冷卻系統(tǒng)設(shè)計與進(jìn)排風(fēng)系統(tǒng)方案。

1、直驅(qū)風(fēng)扇冷卻

      柴油發(fā)電機(jī)的啟動和運行需要給充電、加熱甚至風(fēng)扇等設(shè)備提供低壓輔助電源，因此如項目選用高壓機(jī)組，則應(yīng)盡量采用直驅(qū)柴油發(fā)電機(jī)（冷卻風(fēng)扇由發(fā)動機(jī)曲軸驅(qū)動），從而避免低壓輔助電源變配電設(shè)計。柴油發(fā)電機(jī)采用直驅(qū)水箱時，機(jī)房冷卻系統(tǒng)設(shè)計的工作量幾乎為零，但進(jìn)排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計必須滿足直驅(qū)機(jī)組滿載運行的大風(fēng)量要求。

2、遠(yuǎn)置水箱冷卻 

      如果項目須用低壓機(jī)組但無法滿足直驅(qū)機(jī)組滿載運行的大風(fēng)量要求，則可采用電驅(qū)機(jī)組將水箱/散熱器（以下簡稱水箱）移至室外，以降低機(jī)房進(jìn)風(fēng)量要求。水箱遠(yuǎn)置時，冷卻系統(tǒng)的驅(qū)動力源自發(fā)動機(jī)水泵，阻力來自管路的摩擦阻力及水箱與柴油發(fā)電機(jī)的相對高差，故遠(yuǎn)置水箱的冷卻系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)與室外水箱的安裝位置匹配。

（1）水箱直接遠(yuǎn)置 

      若室外水箱的安裝位置距室內(nèi)機(jī)組不遠(yuǎn)，且根據(jù)其相對位置設(shè)計的冷卻回路總摩擦阻力和靜壓均小于發(fā)動機(jī)數(shù)據(jù)單上相應(yīng)限值，則（可參考圖3）用水管直接連接柴油發(fā)電機(jī)和水箱即可，但渦輪增壓單泵雙循環(huán)空水中冷機(jī)組不宜采用該冷卻系統(tǒng)設(shè)計。冷卻系統(tǒng)的靜壓取發(fā)動機(jī)曲軸中線與水箱頂部的高度差，管路的摩擦阻力需暖通專業(yè)設(shè)計師根據(jù)管徑及流量計算，管徑由設(shè)計師決定，流量可從發(fā)動機(jī)數(shù)據(jù)單直接查到。

（2）冷卻水泵遠(yuǎn)置水箱

      若室外水箱的安裝位置離室內(nèi)機(jī)組不太遠(yuǎn)，雖然靜壓小于發(fā)動機(jī)數(shù)據(jù)單限值，但總摩擦阻力超過相應(yīng)上限，則可在設(shè)計的基礎(chǔ)上，根據(jù)摩擦阻力偏差選配水泵，安裝在圖4紅色箭頭所示位置。同樣，渦輪增壓單泵雙循環(huán)空水中冷機(jī)組不宜采用該冷卻系統(tǒng)。

（3）熱交換器遠(yuǎn)置水箱 

      若水箱的安裝位置距離機(jī)組較遠(yuǎn)，其相應(yīng)靜壓和管路總摩擦阻力均超過發(fā)動機(jī)相應(yīng)限值，則可參考圖4，采用熱交換器遠(yuǎn)置水箱+冷卻塔。

      熱交換器的安裝位置應(yīng)考慮發(fā)動機(jī)水泵的驅(qū)動能力，也可將熱交換器安裝在機(jī)組附近。熱交換器機(jī)組側(cè)一次冷卻系統(tǒng)與水箱側(cè)二次系統(tǒng)互相獨立，一次系統(tǒng)由發(fā)動機(jī)驅(qū)動，其流量為發(fā)動機(jī)冷卻流量；二次系統(tǒng)需另選水泵驅(qū)動，流量可按Q/（ΔT·C）（L/min）估算，其中Q為發(fā)動機(jī)傳給冷卻系統(tǒng)的熱量（kJ/min），C為水的比熱（kJ/℃/L），ΔT為熱交換器二次側(cè)容許溫升。如冷卻效果因環(huán)境溫度等緣故不太理想，可以考慮用冷卻塔替代水箱，但冷卻塔不宜用于冬天易結(jié)冰、濕度低、灰塵大及風(fēng)沙多發(fā)地區(qū)。

（4）熱井遠(yuǎn)置水箱

      如水箱位置距離機(jī)組相當(dāng)遠(yuǎn)，總摩擦阻力和靜壓超過發(fā)動機(jī)限值，且靜壓超出了熱交換器密封件的承受能力，則采用熱井遠(yuǎn)置水箱。熱井的安裝位置應(yīng)考慮發(fā)動機(jī)水泵的驅(qū)動能力，且必須確保熱井底部高于發(fā)動機(jī)冷卻液出口；熱井兩側(cè)回路屬同一密閉冷卻系統(tǒng)，流量基本一致；水箱側(cè)回路需配水泵，其選型應(yīng)考慮水箱位置；熱井的最小容量應(yīng)包括運行時充滿所有水管的冷卻液容量、停機(jī)時水箱側(cè)流回?zé)峋娜萘考按_保運行時有效熱交換的最小容量。

      熱井運行時的有效熱交換最小容量一般取冷卻系統(tǒng)總?cè)萘康?%，加上熱井兩側(cè)回路總流量的1/4。用熱井遠(yuǎn)置水箱，發(fā)動機(jī)傳遞給冷卻液的熱量最終還需水箱的風(fēng)扇冷卻，當(dāng)環(huán)境溫度較高及管路過長時，其冷卻效果很可能不理想，因此該方案適用于夏天環(huán)境溫度不高、管路不長的項目。

三、柴發(fā)機(jī)房的進(jìn)排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計

      柴油發(fā)電機(jī)的進(jìn)排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計須與其冷卻系統(tǒng)匹配，冷卻系統(tǒng)設(shè)計確定后，方可匹配相應(yīng)的進(jìn)排風(fēng)系統(tǒng)。

1、直驅(qū)機(jī)組的進(jìn)排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計 

      室內(nèi)安裝直驅(qū)柴油發(fā)電機(jī)時，機(jī)房的進(jìn)排風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)通過風(fēng)道、風(fēng)量及進(jìn)、排風(fēng)口的有效設(shè)計，提供柴油發(fā)電機(jī)輸出額定功率所需的最小冷卻風(fēng)量。

（1）風(fēng)道設(shè)計 

      各機(jī)組的風(fēng)道設(shè)計應(yīng)相互獨立，風(fēng)道設(shè)計直接決定了進(jìn)風(fēng)量設(shè)計，進(jìn)而決定了進(jìn)風(fēng)口面積。為了有效減少風(fēng)道阻力及進(jìn)風(fēng)量，從而最小化進(jìn)風(fēng)口面積，風(fēng)道設(shè)計可參考圖6，將進(jìn)、排風(fēng)口與機(jī)組布置在一條直線上，使風(fēng)道橫跨整個機(jī)房。進(jìn)、排風(fēng)口位置應(yīng)根據(jù)室外統(tǒng)計風(fēng)向順風(fēng)設(shè)置。如果對排風(fēng)口室外風(fēng)向、風(fēng)速沒有把握，則可參考圖7設(shè)擋風(fēng)墻，以降低排風(fēng)阻力并有效防止高溫排風(fēng)從進(jìn)風(fēng)口重新進(jìn)入機(jī)房。擋風(fēng)墻離開排風(fēng)口的距離不應(yīng)小于水箱高度。

（2）風(fēng)量設(shè)計

      風(fēng)量須確保柴油發(fā)電機(jī)滿載運行時的冷卻效果。采用上述直線型風(fēng)道設(shè)計時，機(jī)房的進(jìn)風(fēng)量滿足水箱風(fēng)扇的風(fēng)量需求即可；采用其它類型風(fēng)道設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)暖通專業(yè)資深設(shè)計師的準(zhǔn)確計算適當(dāng)增加進(jìn)風(fēng)量，任何不專業(yè)的設(shè)計均將導(dǎo)致柴油發(fā)電機(jī)降功率使用。

（3）進(jìn)、排風(fēng)口面積 

      進(jìn)風(fēng)口面積取決于進(jìn)風(fēng)量和進(jìn)風(fēng)速度。為了有效防止室外雨雪被吸入機(jī)房，進(jìn)風(fēng)速度應(yīng)控制在150～220m/min，過高的風(fēng)速產(chǎn)生噪聲需要進(jìn)行相應(yīng)的進(jìn)風(fēng)降噪設(shè)計；進(jìn)風(fēng)面積由進(jìn)風(fēng)量除以風(fēng)速獲得，但進(jìn)風(fēng)口有效面積應(yīng)大于水箱有效面積的1.5倍。 采用上述直線型風(fēng)道設(shè)計時，排風(fēng)面積可取進(jìn)風(fēng)面積的2/3，但排風(fēng)口有效面積應(yīng)大于散熱水箱的有效面積。進(jìn)、排風(fēng)口設(shè)電動百葉時，風(fēng)口面積應(yīng)根據(jù)百葉占用的面積適當(dāng)增加；進(jìn)、排風(fēng)口設(shè)固定百葉時，風(fēng)口面積均應(yīng)增加1倍。

2、水箱遠(yuǎn)置時進(jìn)排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計 

      項目采用電驅(qū)機(jī)組將水箱安裝在機(jī)房外時，機(jī)房的進(jìn)排風(fēng)系統(tǒng)也應(yīng)通過風(fēng)道、風(fēng)量及進(jìn)、排風(fēng)口的有效設(shè)計，提供柴油發(fā)電機(jī)輸出額定功率所需的燃燒空氣量及最小冷卻風(fēng)量。

（1）風(fēng)道設(shè)計 

      水箱安裝在室外時，機(jī)房風(fēng)道也可參考圖7盡量采用直線型設(shè)計，使風(fēng)道橫跨整個機(jī)房。同樣，進(jìn)風(fēng)口、排風(fēng)口應(yīng)根據(jù)室外統(tǒng)計風(fēng)向順風(fēng)設(shè)置。

（2）風(fēng)量設(shè)計 

      水箱遠(yuǎn)置時，機(jī)房的進(jìn)風(fēng)量需求減小，但至少保證柴油發(fā)電機(jī)滿載運行所需的燃燒空氣量及帶走機(jī)組輻射熱所需的最小冷卻空氣量。發(fā)動機(jī)的燃燒空氣量可從其數(shù)據(jù)單上直接查到，采用上述直線型風(fēng)道設(shè)計時，機(jī)房的最小冷卻空氣量根據(jù)V=Q/（C·ΔT·d）計算，其中V為最小冷卻風(fēng)量（m3/min）、Q為機(jī)組總輻射熱（MJ/min）、C為空氣比熱（MJ/kg/℃）、d為空氣密度（kg/m3）、ΔT為機(jī)房進(jìn)、排風(fēng)口容許溫升（℃）。

（3）進(jìn)、排風(fēng)口面積水箱遠(yuǎn)置時

      同樣應(yīng)先確定合理的進(jìn)風(fēng)速度（150～220m/min），然后由進(jìn)風(fēng)量和風(fēng)速計算進(jìn)風(fēng)面積。采用圖7所示直線型風(fēng)道設(shè)計時，排風(fēng)面積取決于選用的排風(fēng)機(jī)外形尺寸，而排風(fēng)機(jī)應(yīng)根據(jù)冷卻風(fēng)量及可接受的室外排風(fēng)速度選型。采用其它類型風(fēng)道設(shè)計時，進(jìn)、排風(fēng)量應(yīng)由暖通專業(yè)資深設(shè)計師根據(jù)風(fēng)道準(zhǔn)確計算，任何不專業(yè)的設(shè)計，均將導(dǎo)致柴油發(fā)電機(jī)降容使用。

四、柴發(fā)機(jī)房的排煙系統(tǒng)設(shè)計

      排煙系統(tǒng)的作用是將機(jī)組滿載運行產(chǎn)生的廢氣有效而安全地排至戶外，并將煙氣、煙灰及噪聲驅(qū)離建筑和居民。排煙的驅(qū)動源是發(fā)動機(jī)，阻力是發(fā)動機(jī)排煙口后排煙回路的總阻力，故排煙系統(tǒng)設(shè)計首先是通過消音器等部件選型及排煙管路設(shè)計，使排煙回路的總阻力小于發(fā)動機(jī)數(shù)據(jù)單上的背壓限值。

1、排煙系統(tǒng)的典型設(shè)計 

      各柴油發(fā)電機(jī)的排煙系統(tǒng)應(yīng)相互獨立，并可參照圖7設(shè)計：發(fā)動機(jī)排煙出口接至少610mm長的不銹鋼無縫波紋管，隔離機(jī)組的運行振動并吸收熱膨脹及位移，波紋管不能用于改變方向和校直；波紋管后應(yīng)接消音器以降低排煙產(chǎn)生的噪聲，消音器的選型和數(shù)量取決于用戶的降噪要求，工業(yè)用、住宅用、醫(yī)院用消音器的降噪能力分別為12～18dB、18～25dB及25～35dB，消音器出口端應(yīng)設(shè)冷凝水排放閥；水平安裝的排煙管應(yīng)以小坡度通向室外，以免凝結(jié)水流向發(fā)動機(jī)；排煙改變方向處須用彎頭，且盡量用內(nèi)彎半徑應(yīng)大于管徑3倍的長半徑彎頭；煙管垂直爬升處應(yīng)設(shè)冷凝水排放閥；排煙出口應(yīng)與機(jī)房排風(fēng)口同側(cè)并順風(fēng)開口，排煙口應(yīng)盡可能高且最好高于建筑頂部，并遠(yuǎn)離新風(fēng)入口且不能直對易燃物質(zhì)或建筑物，垂直排煙出口應(yīng)設(shè)防雨帽，水平排煙口應(yīng)考慮防雨并加防鳥網(wǎng)。

2、排煙系統(tǒng)阻力估算

      排煙系統(tǒng)阻力可分為消音器阻力與其余管路阻力兩部分，消音器阻力可咨詢康明斯供應(yīng)商，其余管路阻力可按P=575·L·S·Q2/D5（kPa）估算，其中D為排煙管內(nèi)徑（cm），Q為排煙流量（m3/min)，S取23/（273+T），其中T為排煙溫度（℃），L為等效長度（m），取直管長度與波紋管、彎頭等效長度之和，波紋管等效長度取其長度的2倍，彎頭等效長度可由其類型和管徑從表1查取，比如管徑100mm的90°標(biāo)準(zhǔn)彎頭的等效長度為3m。

3、排煙系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)化

      對選定的柴油發(fā)電機(jī)而言，滿載時的排煙流量及排煙溫度基本穩(wěn)定，故排煙系統(tǒng)阻力與管路等效長度成正比，與管徑的5次方成反比，因此管徑的設(shè)計優(yōu)化至關(guān)重要。為了有效減小排煙阻力，排煙管徑不能小于發(fā)動機(jī)排煙口的直徑，但管徑過大既容易導(dǎo)致冷凝而腐蝕管件，也降低排煙速度，不利于排煙在戶外擴(kuò)散。排煙系統(tǒng)優(yōu)化應(yīng)在典型設(shè)計的基礎(chǔ)上，首先最小化管路的等效長度，即盡量減少消音器及彎頭數(shù)量；然后在確保排煙總阻力小于發(fā)動機(jī)背壓限值的前提下，適當(dāng)減小管徑以提高排煙及擴(kuò)散速度，降低冷凝對管路的腐蝕。

4、 排煙系統(tǒng)的安全考量

      消音器和排煙管路應(yīng)用阻燃減振吊架或支架承重；除波紋管不能作保溫處理，排煙系統(tǒng)其余部件尤其是機(jī)房內(nèi)消音器、排煙管必須用50mm厚的高密度隔熱材料外加鋁質(zhì)護(hù)套包扎隔熱，以防火警誤報、管路冷凝腐蝕以及減少輻射熱；排煙管穿過墻壁時必須使用質(zhì)量可靠的隔熱穿墻套管；煙管離地高度至少2.3m，與易燃建筑物的距離至少230mm，且所有部件應(yīng)設(shè)柵欄等以防意外接觸。

五、柴發(fā)機(jī)房的燃油系統(tǒng)設(shè)計

      燃油系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)是滿足機(jī)組滿載運行的供油量需求，并將剩余燃油送回油箱。供、回油驅(qū)動力分別來自發(fā)動機(jī)供油泵及其升壓油泵，阻力分別為供、回油管路摩擦阻力及油箱與發(fā)動機(jī)的相對位置，因而燃油系統(tǒng)設(shè)計是油箱的設(shè)計與安裝及供、回油管路的匹配設(shè)計，以確保柴油發(fā)電機(jī)正常運行的燃油需求。不帶中間油箱的供油系統(tǒng)設(shè)計參考圖5，帶中間油箱的參考圖6所示。

1、油箱的設(shè)計與安裝

      柴油發(fā)電機(jī)的油箱分機(jī)底油箱、中間中間油箱和主油罐等。油箱應(yīng)配油位傳感器、排污閥、通氣管及油面指示等。機(jī)底油箱適用于小容量機(jī)組，大容量柴油發(fā)電機(jī)不宜用機(jī)底油箱時，獨立油箱的設(shè)計與安裝應(yīng)滿足供、回油管總阻力（摩擦及靜壓）分別小于發(fā)動機(jī)數(shù)據(jù)單明確的供油泵的提升能力及回油管的驅(qū)動限值，任何一項不能滿足要求時，必須考慮中間油箱與主油罐組合設(shè)計，中間油箱應(yīng)盡量靠近機(jī)組安裝，其容量應(yīng)滿足柴油發(fā)電機(jī)滿載運行2～4h。燃油系統(tǒng)的靜壓可取相應(yīng)高度差，摩擦阻力則應(yīng)由暖通專業(yè)設(shè)計師根據(jù)流量、管徑及管長等精確計算，任何不專業(yè)的設(shè)計均將導(dǎo)致柴油發(fā)電機(jī)降功率使用。

2、燃油系統(tǒng)有效設(shè)計

      柴油發(fā)電機(jī)選用機(jī)底油箱時，容量應(yīng)滿足機(jī)組8h滿載運行，也可匹配手動或自動補(bǔ)油設(shè)計；采用中間油箱、主油罐時，如主油罐安裝位置高于中間油箱，應(yīng)參考圖9利用溢流給中間油箱補(bǔ)油，供油回路設(shè)電磁閥或電動閥，由中間油箱供油低、高液位分別控制其開、關(guān)，中間油箱溢流由輔助油泵送回主油罐；主油罐安裝位置低于中間油箱時，可參考圖10將供油泵、電磁閥或電動閥均配置到供油回路，中間油箱供油低液位控制開啟閥門和啟泵，高液位控制停泵和關(guān)閥，溢流則利用重力直接流回主油罐。

      無論采用上述哪種方案，中間油箱前供油管應(yīng)設(shè)100~120目過濾器。中間油箱除配置上述供油高、低液位外，還應(yīng)設(shè)最低停機(jī)液位及最高報警液位，且最低液位應(yīng)比發(fā)動機(jī)油泵入口高150mm，最高液位應(yīng)確保相應(yīng)設(shè)計阻力小于發(fā)動機(jī)回油驅(qū)動能力。燃油系統(tǒng)可靠性要求較高時，可根據(jù)項目要求匹配手動補(bǔ)油及兩套供油泵，有柴油發(fā)電機(jī)并聯(lián)運行中單機(jī)維修需求時，應(yīng)在適當(dāng)位置配維修隔離閥。

3、燃油管路設(shè)計要點

     油管應(yīng)選用黑鐵管，與發(fā)動機(jī)本體采用軟管連接；油管應(yīng)設(shè)計適當(dāng)支撐，以免長期振動受損，供應(yīng)管應(yīng)從上至下接入柴油發(fā)電機(jī)油泵入口，回油管禁止安裝截止閥，并獨立接入中間油箱或主油罐；油管不能靠近發(fā)動機(jī)排煙管路、電纜及加熱管路，考慮開機(jī)前方便管路清理、沖刷時，應(yīng)采用T型接頭替代彎頭。

總結(jié):

      柴油發(fā)電機(jī)組的應(yīng)急供電是化學(xué)能向機(jī)械能和熱能轉(zhuǎn)換的動態(tài)平衡過程。柴發(fā)機(jī)房的有效設(shè)計，是在柴油發(fā)電機(jī)輸出其額定功率時維持上述動態(tài)平衡，直接決定了柴油發(fā)電機(jī)的最大發(fā)電能力。本文從柴發(fā)機(jī)房的選址和地基設(shè)計、冷卻系統(tǒng)設(shè)計、進(jìn)排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計、排煙系統(tǒng)設(shè)計、燃油系統(tǒng)設(shè)計幾個方面探討了柴發(fā)機(jī)房的有效設(shè)計。